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Machine LearningRandom ForestBacktestingBTC/USDT

Diseño y Evaluación de un Sistema de Trading Algorítmico para Criptomonedas basado en Inteligencia Artificial

Pipeline completo: desde la adquisición de datos vía Binance API hasta la ejecución en tiempo real con control de riesgo

Random Forest alcanza un Sharpe Ratio 4.51 con drawdown −9.23%, mientras que Gradient Boosting logra 946% ROI pero con mayor exposición al riesgo.

333%
ROI Random Forest
en 5 años (2020–2025)
4.51
Sharpe Ratio
(vs 2.18 Buy & Hold BTC)
−9.23%
Drawdown máximo
— preservación de capital
10,950
Velas OHLCV · temporalidad 4h
BTC/USDT desde 2020
El resultado central

Disociación entre métricas de clasificación y rendimiento financiero real.

La comparación sistemática de cinco modelos — Random Forest, Gradient Boosting, LSTM, Red Neuronal Densa y ARIMA — revela que las métricas de clasificación tradicionales no siempre convergen con el rendimiento financiero en mercados de criptomonedas.

Clasificación · Métricas

Random Forest

Mayor precisión (0.542) y menor recall (0.056): solo el 5.6% de oportunidades reales son detectadas, pero cuando emite una señal, suele acertar. F1-score de 0.101 y AUC de 0.539 reflejan un perfil ultra-conservador.

Precisión0.542
Recall0.056
Financiero · Backtesting

Random Forest

Seleccionado por su equilibrio entre rentabilidad y control del riesgo: Sharpe 4.51, drawdown −9.23%, ROI 333.5% en 5 años y solo 826 operaciones. Supera al Buy & Hold de Bitcoin (Sharpe 2.18).

Sharpe Ratio4.51
Drawdown máx.−9.23%

El modelo Random Forest obtuvo la mejor puntuación global (8.01/10) en evaluación multicriterio ponderada, priorizando control de riesgo (40%), calidad predictiva (30%), rentabilidad ajustada (20%) y eficiencia operativa (10%). Aunque Gradient Boosting y las redes neuronales superan a Random Forest en ROI absoluto y recall, su mayor drawdown y número de operaciones los hacen menos adecuados para un perfil conservador de preservación de capital.

Resumen

Este Trabajo Fin de Máster presenta el diseño e implementación de un sistema de trading algorítmico para criptomonedas, basado en técnicas de inteligencia artificial. El modelo sigue una ruta completa de datos que incluye la adquisición mediante la API de Binance (10.950 velas de BTC/USDT en temporalidad 4h desde 2020 hasta 2025), almacenamiento en SQLite, ingeniería de características con indicadores técnicos (RSI, MACD, EMA, Bollinger Bands, ATR), modelización de precios para detectar niveles de entrada, ejecución de órdenes con Take Profit y Stop Loss, backtesting walk-forward con reentrenamiento anual, y puesta en producción en modo simulado (paper trading).

Se evaluaron cinco modelos representativos de distintas familias de algoritmos — Random Forest, Gradient Boosting (XGBoost), LSTM, Red Neuronal Densa y ARIMA — comparando su rendimiento mediante métricas de clasificación (accuracy, precisión, recall, F1-score, AUC) y financieras (ROI, Sharpe Ratio, drawdown máximo, win rate). La selección final se fundamentó en un marco de decisión multicriterio que prioriza la preservación de capital y la estabilidad operativa sobre la rentabilidad absoluta.

El modelo Random Forest alcanzó un ROI del 333.5% con un drawdown máximo de −9.23% y un Sharpe Ratio de 4.51, superando ampliamente al benchmark Buy & Hold de Bitcoin (Sharpe 2.18). El sistema incorpora además un front-end web interactivo para configuración y visualización de resultados, así como versionado con Git/GitHub y CI/CD. El código, los datos procesados y los modelos entrenados están disponibles para su revisión y reproducción.

Arquitectura

Pipeline completo de trading algorítmico.

Diagrama de arquitectura del sistema de trading algorítmico

Figura 1. Diagrama de arquitectura del sistema: desde la adquisición de datos vía Binance API hasta la ejecución de órdenes y visualización de resultados. El pipeline integra descarga (download_data.py), feature engineering (feature_engineering_ext.py), entrenamiento (train_model_xgb.py), backtesting walk-forward (backtest_model_walkforward.py) y live trading simulado (live_trader.py).

Modelos

Comparación de cinco modelos de machine learning.

Se entrenaron y evaluaron cinco modelos sobre el conjunto de test no visto (2024), con validación temporal TimeSeriesSplit para evitar filtración de información futura.

Modelo Accuracy Precisión Recall F1 AUC
Random Forest 0.477 0.542 0.056 0.101 0.539
Gradient Boosting 0.469 0.485 0.110 0.179 0.493
LSTM 0.527 0.528 0.965 0.683 0.518
Neural Network 0.529 0.528 0.988 0.689 0.511
ARIMA 0.503 0.538 0.013 0.025 0.501

Métricas de clasificación sobre conjunto de test. LSTM y Neural Network destacan en recall (>96%) y F1-score (~0.69). Random Forest ofrece la mayor precisión (0.542) pero el recall más bajo entre los modelos de ML.

Matriz de Confusión - Random Forest

Figura 2. Matriz de Confusión del modelo Random Forest. Alta tasa de verdaderos negativos; pocas señales de compra pero de alta calidad.

Importancia de Features - Random Forest

Figura 3. Importancia de variables: retornos a 24h y 4h, posición en Bollinger Bands, pendiente del MACD y del precio son los predictores más relevantes.

Clasificación de retornos por trade

Figura 4. Distribución de retornos por trade. Dos picos en −1% (Stop Loss) y +1.5% (Take Profit), reflejando gestión disciplinada de salidas.

Comparación de métricas de modelos

Figura 5. Comparación de métricas entre modelos. Gradient Boosting lidera en ROI y Sharpe, pero con mayor drawdown y más operaciones.

Backtesting

Validación walk-forward sobre 5 años (2020–2025).

Backtesting integral con reentrenamiento anual walk-forward simulando condiciones reales de mercado. Todos los modelos superan al benchmark Buy & Hold de Bitcoin en Sharpe Ratio.

Modelo Trades Win Rate ROI Max DD Sharpe
Random Forest 826 49.6% +333.5% −9.23% 4.51
Gradient Boosting 1,420 51.1% +946.4% −12.58% 5.86
Neural Network 2,529 49.0% +1,767% −16.61% 5.56
LSTM 549 47.2% +104.4% −10.81% 2.73
Buy & Hold BTC +664.6% 2.18

Resultados de backtesting walk-forward 2020–2025. Random Forest seleccionado como modelo final por su menor drawdown (−9.23%) y Sharpe Ratio (4.51), superando ampliamente al Buy & Hold (2.18).

Resultados de backtesting

Figura 6. Resultados detallados del backtesting: evolución de capital por modelo, drawdown y distribución de retornos.

Evolución del capital - Modelo ML vs Buy & Hold

Figura 7. Evolución del capital: modelo Random Forest (333%) vs Buy & Hold de Bitcoin (664%). Menor rentabilidad absoluta pero drawdown significativamente menor.

Serie temporal BTC/USD con señales de compra

Figura 8. Serie temporal BTC/USD con señales de compra del modelo Random Forest. Las señales se concentran en zonas de soporte identificadas por el modelo.

Contexto de mercado

El mercado cripto como laboratorio para el trading algorítmico.

El mercado de criptomonedas alcanzó 3.8 billones USD en 2025. El trading algorítmico pasó de 18.730M USD (2025) a una proyección de 28.440M USD en 2030.

Bitcoin & Ethereum market cap

Figura 9. Capitalización de mercado de Bitcoin y Ethereum. Fuente: Amundi Research Center.

Algorithmic Trading Market forecast

Figura 10. Previsión del mercado de trading algorítmico. Fuente: Straits Research / Mordor Intelligence.

Front End

Plataforma web interactiva para configuración y visualización.

La solución incorpora un front-end web que permite seleccionar símbolo, temporalidad, indicadores técnicos, parámetros de gestión de riesgo y modelo ML, ejecutar entrenamiento y visualizar resultados de backtesting con métricas clave y gráficos.

Variables de entrenamiento del modelo

Figura 11. Interfaz de configuración: selección de símbolo, temporalidad, periodo histórico y variable objetivo.

Variables de entrenamiento del modelo 2

Figura 12. Configuración de indicadores técnicos y parámetros de gestión de riesgo (Take Profit, Stop Loss, capital, comisiones).

Variables de entrenamiento del modelo 3

Figura 13. Selección de modelo ML e hiperparámetros: estimadores, learning rate, submuestreo, validación cruzada.

Validación y robustez

Validación temporal, selección multicriterio y limitaciones reconocidas.

01Time Series Split

División temporal respetando el orden cronológico: entrenamiento con ~4 años (2020–2023) y test sobre el último año (2024), evitando cualquier filtración de información futura en el proceso de entrenamiento.

02Walk-Forward Anual

Reentrenamiento anual del modelo simulando condiciones reales de producción. Evaluación sobre datos out-of-sample en cada período, replicando el ciclo de vida operativo de un sistema real.

03Evaluación Multicriterio

Selección ponderada priorizando control de riesgo (40%), calidad predictiva (30%), rentabilidad ajustada (20%) y eficiencia operativa (10%). Random Forest obtuvo la mejor puntuación global (8.01/10).

04Limitaciones Identificadas

Recall extremadamente bajo (0.056): el modelo pierde el 94.4% de oportunidades reales de mercado. No se incorporan costes de transacción, slippage, correlación entre activos, ni análisis de sentimiento.

Documento

Memoria completa y materiales del TFM.